По всем вопросам звоните:

+7 495 274-22-22

УДК: 537.8

К оценке напряженностей электрического и магнитного полей при СВЧ-обработке многослойных сферических диэлектрических объектов

Вендин С.В. д-р техн. наук, профессор, инженерный факультет, кафедра электрооборудования и электротехнологий в АПК, ФГБОУ Белгородский ГАУ, Россия, п. Майский, e-mail: elapk@mail.ru

Обработка энергией электромагнитного поля (ЭМП) высоких (ВЧ) и сверхвысоких (СВЧ) частот может быть применима для термической обработки различных сред. Энергия ЭМП СВЧ широко используется в промышленности и в сельском хозяйстве. При обработке диэлектрической среды электромагнитным полем высоких (ВЧ) и сверхвысоких (СВЧ) частот КПД системы будет зависеть от эффективности передачи электромагнитной энергии генератора к обрабатываемому объекту. При этом важное значение имеют физические свойства среды, частота и напряженность электромагнитного поля, а также способ передачи СВЧ-мощности в объект (импульсная или непрерывная обработка). Эффективность СВЧ-обработки напрямую связана с распределением напряженности электромагнитного поля в объекте, а также с распространением и отражением электромагнитных волн (ЭМВ) применительно к технологическим процессам обработки. Частным случаем такой обработки является технологическая задача СВЧ-обработки слоистых сферических объектов (драже, гранулированные семена, пораженное вредителем зерно и др.). В статье представлена форма общего решения задачи рассеяния электромагнитной волны полупроводящим слоистым сферическим объектом, что позволяет проводить оценку и анализ различных вариантов технологической обработки диэлектрической среды электромагнитным полем высоких (ВЧ) и сверхвысоких (СВЧ) частот. На основе полученного решения с успехом могут быть решены важные практические вопросы, например, согласования источника с нагрузкой по минимуму коэффициента отражения, создания концентрации напряженности электромагнитного поля в определенной зоне технологической среды (объекта).

Литература:

1. Вендин С.В. СВЧ-дезинсекция семян бобовых: автореф. дис. канд. техн. наук / С.В. Вендин. Московский ордена Трудового Красного Знамени институт инженеров сельскохозяйственного производства имени В.П. Горячкина. – Москва, 1990. – 16 с.

2. Вендин С.В. Высокочастотный нагрев в технологии обработки семян зерновых / Техника в сельском хозяйстве. – 1994. – № 3. – С. 18.

3. Вендин С.В., Горин А.Д. Воздействие температурных факторов на всхожесть семян зерновых при их обработке в электромагнитном поле СВЧ // Доклады Российской академии сельскохозяйственных наук. – 1994. – № 3. – С. 21.

4. Вендин С.В. Интегральная оценка температурного действия на семена // Техника в сельском хозяйстве. – 1995. – № 3. – С. 31.

5. Вендин С.В. Экспериментальные исследования предпосевной обработки семян пшеницы электромагнитным полем // Инновации в АПК: проблемы и перспективы. – 2014. – № 1(1). – С. 410.

6. Вендин С.В. Регрессионный анализ влияния удельной СВЧ-мощности и экспозиции, скорости и конечной температуры нагрева на предпосевную обработку семян пшеницы // Инновации в АПК: проблемы и перспективы. – 2015. – № 2(6). – С. 9-13.

7. Вендин С.В. Результаты экспериментальных исследований по предпосевной обработке семян пшеницы электромагнитным полем // Инновации в АПК: проблемы и перспективы. – 2016. – № 1(16). – С. 73-77.

8. Вендин С.В. Технологические приемы СВЧобработки семян в слое // Инновации в АПК: проблемы и перспективы. – 2016. – № 2(10). – С. 3-11.

9. Вендин С.В. Экспериментальные исследования процессов СВЧ-обработки семян: Монография / С.В. Вендин. Москва-Белгород: ОАО «Центральный коллектор библиотек “БИБКОМ”», ООО «ТРАНСЛОГ», 2017. – 116 с.

10. Вендин С.В. К решению задачи взаимодействия электромагнитной волны с многослойным сферическим диэлектрическим препятствием // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. – 2013. – № 5. – С. 216-220.

11. Вендин С.В., Трубаев П.А. К расчету напряженностей электромагнитного поля при СВЧ-обработке диэлектрических плоскослоистых объектов //Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. – 2013. – № 6. – С. 215-218.

12. Вендин С.В. Теория и математические методы анализа электродинамики процессов СВЧобработки семян /С.В. Вендин. – М.: ОАО «Центральный коллектор библиотек “БИБКОМ”», ООО «ТРАНСЛОГ», 2015. – 137 с. ISBN-online 978-5905563-38-6.

13. Вендин С.В. К решению задачи взаимодействия электромагнитной волны с многослойным сферическим диэлектрическим препятствием // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. – 2013. – № 5. – С. 216-220.

14. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике для научных работников и инженеров. – М.: Наука, 1984. – 835 с.

15. Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. Справочник по математике для инженеров и учащихся вузов. – М.: Наука, 1964. – 608 с.

Обработка энергией электромагнитного поля (ЭМП) высоких (ВЧ) и сверхвысоких (СВЧ) частот может быть применим а для термической обработки различных сред. Энергия ЭМП СВЧ широко используется в промышленности и в сельском хозяйстве. Эффективность такой обработки в технологических процессах подтверждается многочисленными исследованиями как в ранних работах [1-4], так и в более поздних исследованиях [5-9 и др.].

При обработке диэлектрической среды электромагнитным полем высоких (ВЧ) и сверхвысоких (СВЧ) частот КПД системы будет зависеть от эффективности передачи электромагнитной энергии генератора к обрабатываемому объекту. При этом важное значение имеют физические свойства среды, частота и напряженность электромагнитного поля, а также способ передачи СВЧ-мощности в объект (импульсная или непрерывная обработка). В связи с этим для оценки и сверхвысоких (СВЧ) частот может быть применим прогнозирования результата СВЧ-обработки наиболее важным является оценка величины и характера распределения напряженностей электрического и магнитного полей в обрабатываемом объекте [10-12 и др.].

Эффективность СВЧ-обработки напрямую связана с распределением напряженности электромагнитного поля в объекте, а также с распространением и отражением электромагнитных волн (ЭМВ) применительно к технологическим процессам обработки. Частным случаем такой обработки является технологическая задача СВЧ-обработки слоистых сферических объектов (драже, гранулированные семена, пораженное вредителем зерно и др.).

Ниже приведено обобщенное решение электродинамической задачи рассеяния электромагнитной волны полупроводящим слоистым сферическим объектом, отдельные решения которой имеются во многих работах [12, 13].

Физическая модель (расчетная схема) задачи приведена на рис. 1. При этом будем полагать, что объект представляет полупроводящую слоистую сферическую структуру, обладающую некоторой проводимостью (несовершенный диэлектрик), а электрофизические параметры внешней среды µ, ε,σ и каждого слоя объекта j ,j ,j µ ε σ являются постоянными и однородными по всему объему, при средней объемной плотности электрического заряда ρ, равной нулю. Если принять постоянство электрофизических характеристик в каждом слое объекта (не зависящих от линейной координаты), т.е. считать среду изотропной, то при ρ = 0 с достаточной степенью достоверности имеют место соотношения:

Для Цитирования:
Вендин С.В., К оценке напряженностей электрического и магнитного полей при СВЧ-обработке многослойных сферических диэлектрических объектов. КИП и автоматика: обслуживание и ремонт. 2020;4.
Полная версия статьи доступна подписчикам журнала
Язык статьи:
Действия с выбранными: